[發明專利]考慮電導效應和不均勻老化變壓器油紙絕緣系統的改進XY模型構建方法

有效

• 申請號: 202110837638.0
• 申請日: 2021-07-23
• 公開（公告）號: CN113777445B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 范賢浩;劉捷豐;王清印;張鐿議
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12;G01R31/00
• 代理公司: 南寧東之智專利代理有限公司 45128
• 代理人: 黃麗華;汪治興

本發明涉及電氣設備故障診斷技術領域，具體公開了一種考慮電導效應和不均勻老化變壓器油紙絕緣系統的改進XY模型構建方法，包括：結合介電響應理論和傳統XY模型，推導考慮電導效應的改進XY模型數學表達式；進一步考慮變壓器固體絕緣的不均勻老化效應，將改進XY模型擴展到具有n個不同老化區域的情況下；在實驗室制備了多組不同水分梯度下不同老化程度的油浸紙樣本，并測量FDS數據；搭建了模擬非均勻老化狀態下變壓器主絕緣的組合結構模型，并測取FDS數據；驗證所提改進XY模型的正確性。本發明綜合考慮了不均勻老化和電導效應，搭建了變壓器油紙絕緣系統的改進XY模型，為后續進行變壓器熱點FDS信息提取提供可參考的模型基礎。

技術領域

本發明屬于電氣設備故障診斷技術領域，特別涉及一種考慮電導效應和不均勻老化變壓器油紙絕緣系統的改進XY模型構建方法。

背景技術

大型油浸式變壓器是現代電網中最昂貴和最重要的設備之一，固體絕緣的性能決定了變壓器的運行壽命。因此，準確的狀態監控有助于避免變壓器的運行事故。近幾十年來，基于頻域介電譜的變壓器固體絕緣狀態評估引起了學者的廣泛興趣。回顧現有的研究發現，對實驗室油浸紙板樣本的評估已經被廣泛報道，然而直接使用實驗室建立的評估模型實現現場評估仍具有極大的挑戰。如果固體絕緣的FDS可以從現場變壓器油紙絕緣系統的總體信息中提取出來，那么實驗室條件下建立的評估模型便能夠用于現場評估。

XY模型用于從整體FDS信息中提取固體絕緣頻域介電響應信息。然而，傳統的XY模型認為沿徑向方向變壓器固體絕緣狀態是一致的，且其沿軸向絕緣幾何結構也大致相同。因此，變壓器油紙絕緣系統可以被等效為由隔板、撐條和絕緣油構成的二維矩形結構。同時，傳統的XY模型可被用于建立絕緣油，固體絕緣和油紙絕緣相對介電常數之間的定量關系。然而，實際上運行中的變壓器線圈溫度(80℃-140℃)遠高于其油溫，從鐵芯往油箱外殼的方向看，溫度會隨和鐵芯距離的增大而下降，而不均勻的溫度會導致徑向上固體絕緣的不均勻老化，因此，傳統XY模型的準確性不能保證，并且未考慮到電導效應，因此其物理意義需進一步完善。

發明內容

本發明的目的在于提供一種考慮電導效應和不均勻老化變壓器油紙絕緣系統的改進XY模型構建方法，擴展了傳統XY模型在頻域介電譜技術中的應用場合，提升了它的物理意義，為后續提取變壓器熱點處的FDS信息提供了模型基礎。

為實現上述目的，本發明提供了一種考慮電導效應和不均勻老化變壓器油紙絕緣系統的改進XY模型構建方法，包括以下步驟：

(1)結合介電響應理論和傳統XY模型，搭建考慮電導效應下的改進XY模型，得到考慮電導效應下的改進XY模型的數學表達式；

(2)將步驟(1)中的考慮電導效應下的改進XY模型，結合考慮不均勻老化的情況下，構建考慮電導效應和不均勻熱老化的改進XY模型，得到綜合考慮電導效應和不均勻熱老化的改進XY模型的數學表達式為：

式中，m和j是用于區分不同老化區域的位置標記，ε_ro、ε_rp分別是絕緣油和紙板的相對介電常數；

(3)在實驗室制備了多組不同水分梯度具有不同老化程度的油浸紙樣本，并測量了油浸紙樣本和絕緣油的FDS數據；

(4)在實驗室搭建了模擬非均勻老化狀態下變壓器主絕緣的組合結構模型，并測得組合結構模型的FDS數據；

(5)通過采用每個紙板的相對介電常數ε_rp和油的相對介電常數ε_ro以及實測的FDS數據可以直接計算ε_rtot；根據實驗室測量的組合結構的FDS曲線，點對點地求出響應函數ξ取值；

(6)首先測量同一組合結構模型不同老化的紙板和絕緣油的FDS數據；然后測取了不同組合結構模型的FDS數值；將計算出的組合結構模型的介電常數實部及虛部和測量值進行比較；